(57)【要約】【課題】外周側に耐摩耗層を形成しつつ線材冷却性能の低下を抑えたキャプスタン、及び、それを備えたキャプスタン装置を提供することを課題とする。【解決手段】キャプスタン１２は、キャプスタン装置１０を構成し回転力が与えられて回転するキャプスタン本体２０と、キャプスタン本体２０の外周側のうちワイヤＷが巻き付けられる領域に形成された耐摩耗層２２と、を有する。キャプスタン本体２０はジュラルミンからなる。キャプスタン装置１０には、キャプスタン本体２０を内周側から水冷する冷却機構１６が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャプスタン装置を構成し回転力が与えられて回転するキャプスタン本体と、
前記キャプスタン本体の外周側のうち線材が巻き付けられる領域に形成された耐摩耗層と、
を有し、
前記キャプスタン本体のうち少なくとも前記耐摩耗層の内周側がジュラルミンからなる、キャプスタン。
【請求項２】
前記耐摩耗層が溶射層である、請求項１に記載のキャプスタン。
【請求項３】
前記溶射層は、ピアノ線材を溶射することで形成されている、請求項２に記載のキャプスタン。
【請求項４】
請求項１〜３のうち何れか１項に記載のキャプスタンと、
前記キャプスタン本体を内周側から冷却する冷却機構と、
を備えた、キャプスタン装置。
【請求項５】
前記キャプスタン本体の内周側が凹凸状とされている、請求項４に記載のキャプスタン装置。
【請求項６】
前記キャプスタン本体の回転中心軸が鉛直方向に向けられ、
前記キャプスタン本体の内周側が波状であって波の凸部及び凹部が前記キャプスタン本体の内周方向に沿っており、
前記冷却機構は、前記キャプスタン本体の内周側上部に向けて冷却水を噴出する、請求項５に記載のキャプスタン装置。
【請求項７】
前記冷却機構は、前記キャプスタン本体の内周側上部に向けて噴出した冷却水を、前記キャプスタン本体の内周側下部へ徐々に案内する案内手段を有する、請求項６に記載のキャプスタン装置。
【請求項８】
前記案内手段は、前記キャプスタン本体の内周に沿って螺旋状に配置された案内板を有する、請求項７に記載のキャプスタン装置。
【請求項９】
前記案内手段は、前記キャプスタン本体の内周に沿ってリング状に配置された少なくとも１枚の案内板を有する、請求項７に記載のキャプスタン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外周側に線材が巻き付けられるキャプスタン、及び、それを備えたキャプスタン装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイスで線材を引き抜く際、キャプスタン装置でキャプスタンを回転させて線材を巻き取りながら引き抜くことが行われている。
ここで、生産性を上げるためには線材を引き出す速度（線速）を上げることが有効であるが、線速を上げると塑性加工や摩擦によるダイス内での発熱量が増大する。このため、発生した熱を除去して線材に熱が蓄積されることを防ぎ、線材が次のダイスに低温で入るようにする必要がある。
【０００３】
この熱除去として最も一般的に行われていることは、キャプスタンのうち線材が当接する部位を介して、伝熱による熱交換で除去することである（例えば特許文献１参照）。この手法の利点は線材表面を変化させる心配がないことである。そして、伸線工程の途中や伸線工程の最終段階で熱除去することができ、その上、線材表面の潤滑剤を変化させることがないため、ダイスに入線するときの線材温度を下げる作用に加え、ダイス内での摩擦抵抗を下げる効果もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＵＳ５６７８４４３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に開示されているように、キャプスタン装置には、通常、回転することにより線材を引き出しつつ巻き付ける中空円筒状のキャプスタンが設けられている。そして、このキャプスタンの内側を流体（水）で冷却することにより線材の熱を除去することが行われている。
【０００６】
しかし、線材を引き出すことによって形成した伸線の長さ、線材の引き出し速度、線材の硬さなどが増大するにつれて、キャプスタンのうち線材が当接する部位で表面摩耗が進行する。その結果、ついには線材とキャプスタンとが充分に接触することができなくなり、線材を冷却する能力（線材冷却能力）の低下や、線材がキャプスタンにうまく巻き付かない事態が生じるという不具合があった。
【０００７】
線材との接触でキャプスタンの摩耗した部分を補修する手段として、一般的には溶射により補修層を形成することが行われる。しかし、キャプスタンの外周側に補修層が形成されたいわゆる２層構造のキャプスタンとなるため、キャプスタンの使用初期に比べ、線材冷却性能が５０％以上低下してしまう。このため、キャプスタンの表面摩耗が一定のレベルにまで進行すると、補修層を形成せずにキャプスタンを未使用のものに交換しているのが現状である。
【０００８】
本発明は、上記事実を考慮して、外周側に耐摩耗層を形成しつつ線材冷却性能の低下を抑えたキャプスタン、及び、それを備えたキャプスタン装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、キャプスタン装置を構成し回転力が与えられて回転するキャプスタン本体と、前記キャプスタン本体の外周側のうち線材が巻き付けられる領域に形成された耐摩耗層と、を有し、前記キャプスタン本体のうち少なくとも前記耐摩耗層の内周側がジュラルミンからなる。
【００１０】
少なくとも耐摩耗層の内周側がジュラルミンからなるとは、耐摩耗層の内周側だけでなく、その他のキャプスタン本体部分もジュラルミンからなっていてもよいことを意味する。また、通常、キャプスタン本体は中空である。
線材が巻き付けられる部位及びその周辺の部位は、線材による引張り力に充分に耐え得る強度を有し、また、線材を充分に冷却できることが好ましい。ジュラルミンは、引張り強度、熱伝導率とも充分に高い値を有する。請求項１に記載の発明では、線材が巻き付けられる耐摩耗層の内周側がジュラルミンからなるので、線材がキャプスタンの耐摩耗層に巻き付けられても、耐摩耗層が強度的に充分に支えられ、しかも充分に冷却される。従って、請求項１に記載の発明により、キャプスタンが耐摩耗層を有していても、線材冷却性能の低下が抑えられたキャプスタンとすることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記耐摩耗層が溶射層である。
これにより、耐摩耗層を簡単に低コストで形成することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記溶射層は、ピアノ線材を溶射することで形成されている。
ジュラルミンにピアノ線材をからなる耐摩耗層を形成しても、キャプスタンの線材冷却性能は殆ど低下しない。また、ピアノ線材が線材状であるので、簡単に溶射することができる。なお、ピアノ線材は、通常、炭素含有量０．６０〜０．９５％の良質な高炭素鋼線材である。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のうち何れか１項に記載のキャプスタンと、前記キャプスタン本体を内周側から冷却する冷却機構と、を備えている。
上述したように、キャプスタン本体のうち耐摩耗層の内周側はジュラルミンからなる。請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のうち何れか１項のキャプスタンを有するキャプスタン装置を用い、キャプスタン本体を内周側から冷却する。従って、キャプスタン本体で熱の高い部位から効率的に冷却することができる。なお、冷却方式としては水冷が代表的であるが、水以外の他の液体による冷却であってもよいし、空冷することも考えられる。また、ペルチェ素子を用いた冷却方式であってもよい。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、前記キャプスタン本体の内周側が凹凸状とされている。
これにより、キャプスタン本体の内周側の表面積が増大し、冷却効果がより得られ易い。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、前記キャプスタン本体の回転中心軸が鉛直方向に向けられ、前記キャプスタン本体の内周側が波状であって波の凸部及び凹部が前記キャプスタン本体の内周方向に沿っており、前記冷却機構は、前記キャプスタン本体の内周側上部に向けて冷却水を噴出する。
これにより、キャプスタン本体の内周側上部に噴出された冷却水がキャプスタン本体の内壁面に沿って下方へ流れる際に凸部及び凹部を経由して流れるので、冷却水の内壁面への接触面積が大きくなり、効率的に冷却することができる。また、波の凸部及び凹部が前記キャプスタン本体の内周方向に沿っているので、線材が巻き付くことによる引張り力がキャプスタン本体に作用しても、この引張り力に対する強度が強い。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、前記冷却機構は、前記キャプスタン本体の内周側上部に向けて噴出した冷却水を、前記キャプスタン本体の内周側下部へ徐々に案内する案内手段を有する。
これにより、冷却水の噴出流量をあまり多くしなくても効率的にキャプスタンを冷却することができ、冷却水の噴出機構の小型化を図ることができる。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、前記案内手段は、前記キャプスタン本体の内周に沿って螺旋状に配置された案内板を有する。
請求項８に記載の発明では、冷却水がこの螺旋状の案内板に案内されて下降する。従って、キャプスタン本体の内周全体にわたって確実に冷却することができる。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、前記案内手段は、前記キャプスタン本体の内周に沿ってリング状に配置された少なくとも１枚の案内板を有する。
このリング状の案内板は、キャプスタン本体の高さ方向に所定間隔離れるように複数枚配置されていてもよい。
請求項９に記載の発明では、冷却水がこのリング状の案内板に案内されて下降する。従って、請求項８に記載の発明比べ、冷却水をキャプスタン本体の内周側下部へ更に徐々に案内することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、外周側に耐摩耗層を形成しつつ線材冷却性能の低下を抑えたキャプスタン、及び、それを備えたキャプスタン装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、本発明の一実施形態に係るキャプスタン装置の構成を示す側面断面図、及び、本発明の一実施形態に係るキャプスタンの内周側の形状を示す部分拡大側面断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るキャプスタン装置の変形例の構成を示す側面断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るキャプスタン装置の変形例の構成を示す側面断面図である。
【図４】試験例１の試験結果を示すグラフ図である。
【図５】試験例２の試験結果を示すグラフ図である。
【図６】試験例２の試験結果を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、線材としてワイヤを用いた実施形態を挙げ、本発明の実施の形態について説明する。なお、ワイヤ以外のコードなどの線材を用いることも可能である。
図１に示すように、本実施形態に係るキャプスタン装置１０は、回転中心軸Ｃが鉛直方向に向けられた本実施形態に係るキャプスタン１２と、キャプスタン１２を回転させる回転機構１４と、キャプスタン１２を冷却する冷却機構１６と、を備えている。
【００２２】
キャプスタン１２は、回転機構１４に取付けられて回転するキャプスタン本体２０と、キャプスタン本体２０（母材）の外周側のうちワイヤＷが巻き付けられる領域に形成された耐摩耗層２２と、を有する。
【００２３】
キャプスタン本体２０はジュラルミンからなる。このキャプスタン本体２０は、耐摩耗層２２が外周側に形成されている中空の円筒状部２４と、円筒状部２４の上側に形成され、周縁部２６Ｅが円筒状部２４の外周側に鍔状に張り出す円盤状の上部２６と、円筒状部２４の下側に形成され、周縁部２６Ｅが円筒状部２４の外周側に鍔状に張り出す下部２８と、を有する。円筒状部２４の内周側２４Ｓは波状とされていて、波の凸部２４Ｐ及び凹部２４Ｄがキャプスタン本体２０の内周方向（円周方向）に沿っている。キャプスタン１２の外周には、耐摩耗層２２の下部からワイヤＷが入線し、耐摩耗層２２の上部からワイヤＷが出線するように巻き付けられる。
また、本実施形態では、耐摩耗層２２は、ピアノ線材を溶射することで形成された溶射層からなる。
【００２４】
回転機構１４は、鉛直方向に立てられた回転軸部３０と、回転軸部３０の下部を支えるベアリング部３２とを備えている。ベアリング部３２は、キャプスタン装置１０に設けられた支持部３４で支えられている。キャプスタン本体２０は、回転軸部３０に取付けられており、回転軸部３０が回転することによってキャプスタン１２が回転する構成になっている。
【００２５】
冷却機構１６は、円筒状部２４のうち、外周側に耐摩耗層２２が形成されている内周側部分２４Ｂの上部に向けて冷却水Ｌを噴出するノズル４０を備えている。また、冷却機構１６は、キャプスタン本体２０の内周よりも内側（回転中心軸Ｃの側）に鉛直方向に沿って配置された支持部材４２と、支持部材４２の外周側に固定され、キャプスタン本体の内周に沿って螺旋状に形成された案内板４４と、を有しており、ノズル４０から噴出した冷却水Ｌを、キャプスタン本体２０の内周側下部へ徐々に案内する構成になっている。支持部材４２は、円筒状であってもよいし、複数本の柱状部材で構成されていてもよい。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態では、キャプスタン１２は、キャプスタン本体２０と、キャプスタン本体２０の外周側のうちワイヤＷが巻き付けられる領域に形成された耐摩耗層２２と、を有しており、キャプスタン本体２０がジュラルミンからなる。ジュラルミンは、引張り強度、熱伝導率とも充分に高い値を有する。従って、ワイヤＷがキャプスタン１２の耐摩耗層２２に巻き付けられても、耐摩耗層２２が強度的に充分に支えられ、しかも充分に冷却される。従って、キャプスタン１２が耐摩耗層２２を有していても、線材冷却性能の低下が抑えられている。
【００２７】
また、耐摩耗層２２が、ピアノ線材を溶射することで形成された溶射層である。ジュラルミンにピアノ線材をからなる耐摩耗層を形成しても、キャプスタンの線材冷却性能は殆ど低下しない。また、ピアノ線材が線材状であるので簡単に溶射することができ、しかも、溶射なので低コストで耐摩耗層２２を形成することができる。
また、キャプスタン装置１０は、キャプスタン本体２０を内周側２４Ｓから水冷する冷却機構１６を備えている。ジュラルミンの熱伝導率は高いので、キャプスタン１２を効率的に冷却することができる。
【００２８】
また、キャプスタン本体２０の回転中心軸Ｃが鉛直方向に向けられ、冷却機構１６は、キャプスタン本体の内周に沿って螺旋状に形成された案内板４４と、この案内板４４を回転中心軸Ｃの側から支える支持部材４２と、を有している。これにより、内周側部分２４Ｂの上部に向けて噴出した冷却水Ｌが、キャプスタン本体２０の内周に沿って接触しながら徐々に下方へ流れる。従って、冷却水Ｌの噴出流量をあまり多くしなくても効率的にキャプスタン１２を冷却することができて冷却水Ｌの噴出機構の小型化を図ることができ、しかも、キャプスタン本体２０の内周全体にわたって確実に冷却することができる。
【００２９】
また、キャプスタン本体２０の内周側２４Ｓが波状であって波の凸部２４Ｐ及び凹部２４Ｄ（何れも図１（Ｂ）参照）がキャプスタン本体の内周方向（回転中心軸回り方向）に沿っている。従って、ノズル４０から噴出した冷却水Ｌは、案内板４４に沿って下方へ流れる際に凸部２４Ｐ及び凹部２４Ｄを経由して流れるので、冷却水Ｌの内壁面への接触面積が大きくなり、効率的に冷却することができる。また、凸部２４Ｐ及び凹部２４Ｄがキャプスタン本体２０の内周方向に沿っているので、ワイヤＷが巻き付くことによる引張り力がキャプスタン本体２０に作用しても、この引張り力に対する強度が強い。
【００３０】
なお、本実施形態では、キャプスタン本体２０が全体にわたってジュラルミンからなる例で説明したが、キャプスタン本体のうち耐摩耗層２２の内周側のみがジュラルミンからなる例であっても、同様の効果を奏することができる。
また、本実施形態では、キャプスタン本体２０の内周側上部に向けて噴出した冷却水をキャプスタン本体２０の内周側下部へ徐々に案内する案内手段として、キャプスタン本体２０の内周に沿って螺旋状に形成された案内板４４を支持部材４２の外周側に固定した例で説明したが、図２に示すように、キャプスタン本体２０の内周に沿ってリング状に配置された案内板４８を支持部材４２の外周側に固定してもよい。これにより、冷却水をキャプスタン本体２０の内周側下部へ更に徐々に案内することができる。この場合、図２に示すように、上下方向に等間隔で離隔した複数の案内板４８を配置すると、より均一にかつ効果的にキャプスタン本体２０を冷却し易い。
また、本実施形態では、キャプスタン本体２０の内周側２４Ｓに凸部２４Ｐ及び凹部２４Ｄが形成されている例で説明したが、図３に示すように、キャプスタン本体２０に代えて、外周側に耐摩耗層２２が形成されている内周側部分５４Ｂの内壁が通常の円筒内面状であるキャプスタン本体５０としても、冷却機構のノズル５１から冷却水Ｌを噴出してキャプスタン本体５０の冷却効果を充分に得ることが可能である。なお、ノズル５１の高さ位置を固定している支持部材５２は、内周側部分５４Ｂに沿って冷却水Ｌが流れるように円筒状とされていてもよい。
【００３１】
（試験例１）
本発明者は、（Ａ）Ｓ５５Ｃ（機械構造用炭素鋼で焼きならしをした鋼）からなるキャプスタンＡを用いた場合、（Ｂ）Ｓ５５Ｃからなるキャプスタン本体にピアノ線材を溶射して耐摩耗層（厚さ３ｍｍ）を形成したキャプスタンＢを用いた場合、（Ｃ）ＦＣＤ５００（球状黒鉛鋳鉄）からなるキャプスタン本体にピアノ線材を溶射して耐摩耗層（厚さ３ｍｍ）を形成したキャプスタンＣを用いた場合について、キャプスタンの巻き高さとワイヤ温度との関係をそれぞれ調べた。
【００３２】
図４に示すように、耐摩耗層を形成したキャプスタンＢ、Ｃとも、耐摩耗層が形成されていないＳ５５ＣからなるキャプスタンＡに比べ、出線時（すなわちキャプスタン１２の巻き高さＨ（図１参照）が最も高いとき）のワイヤ温度が大幅に高かった。従って、Ｓ５５Ｃ、ＦＣＤ５００を母材として、ピアノ線材を溶射して耐摩耗層を形成すると、キャプスタンの線材冷却性能が著しく下がることが判った。
【００３３】
（試験例２）
また、本発明者は、ジュラルミンからなるキャプスタン本体２０にピアノ線材を溶射して耐摩耗層２２（厚さ３ｍｍ）を形成したキャプスタン（実施例１）と、耐摩耗層を形成しないＳ５５Ｃからなるキャプスタン（比較例１）を製造し、試験例１と同様にして、キャプスタンの巻き高さＨとワイヤ温度との関係をそれぞれ調べた。図５に示すように、実施例１の線材冷却性能は、比較例１よりも若干良好という結果になった。
【００３４】
更に、キャプスタン装置を使用することにより実施例１で耐摩耗層２２が摩耗したものに、ピアノ線材をもう一度溶射して耐摩耗層２２（厚さ３ｍｍ）を形成したキャプスタン（実施例２）と、キャプスタン装置を使用することにより比較例１でキャプスタン外周が摩耗したものに、ピアノ線材を溶射して耐摩耗層（厚さ３ｍｍ）を形成したキャプスタン（比較例２）と、を製造し、同様にしてキャプスタンの巻き高さＨとワイヤ温度との関係をそれぞれ調べた。従って、実施例２、比較例２は、耐摩耗層として補修層が形成されたものである。
図６に示すように、実施例２の線材冷却性能は実施例１と殆ど差がなかったが、比較例２の線材冷却性能は比較例１よりも大幅に低くなっていた。
【００３５】
以上、実施形態を挙げて本発明の実施の形態を説明したが、上記実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲が上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３６】
１０  キャプスタン装置
１２  キャプスタン
１６  冷却機構
２０  キャプスタン本体
２２  耐摩耗層（耐摩耗層、溶射層）
２４Ｐ  凸部
２４Ｄ  凹部
２４Ｓ  内周側
４４  案内板（案内手段、案内板）
４８  案内板（案内手段、案内板）
５０  キャプスタン本体
Ｃ  回転中心軸
Ｗ  ワイヤ（線材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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